一种法拉第屏蔽氦冷却管结构制造技术

本发明专利技术公开了一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，包括有外管，还包括有多瓣空心管道结构的分流心轴，外管套在分流心轴外部，外管与分流心轴之间有金属粉末材料制成的多孔介质层，多孔介质层与外管内壁、分流心轴外壁通过烧结紧密结合为一体；分流心轴上沿轴向每相隔一定距离开有环绕分流心轴中心的偶数个瓣状管道，瓣状管道与轴向方向平行，瓣状管道的截面呈花瓣状环绕在分流心轴截面的中心周围；在分流心轴与每瓣瓣状管道对应的管身上，沿径向方向开有与瓣状管道连通的换气孔，换气孔的孔面紧贴多孔介质层。本发明专利技术的技术还可运用于未来核聚变装置中其它内部部件的冷却以及类似表面承受高流密度部件的冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波加热冷却装置领域，尤其是一种离子回旋加热(ICRF)天线的法 拉第屏蔽氦冷却管结构。
技术介绍
在目前已有的托卡马克核聚变装置中，离子回旋共振加热(ICRF)是托卡马克装 置上非常重要的辅助加热手段之一。随着托卡马克装置实验参数小断地提高，面对等离子 体部件将承受越来越高的热负荷。法拉第屏蔽为ICRF天线中面向等离子体部件，是天线中 承受热负荷最高的部分。在目前世界上主要几个核聚变实验装置中，ICRF天线中的法拉第 屏蔽都采用去离子水作为换热工质的水冷结构。但是在未来核聚变装置中，面向等离子体 部件所承受的热流密度将高达10丽/m2量级，作为面向等离子体的法拉第屏蔽在如此高的 热负荷下进行实验，如果不及时带走法拉第屏蔽表面的热量，将会烧蚀装置而导致实验无 法进行。届时普通的换热结构将无法满足其换热要求，而且以水为换热工质虽然易行但却 存在一定的安全隐患，一旦发生泄漏将会导致整个托卡马克装置的无法运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，针对法拉第屏蔽冷却结构存 在的问题，在未来高参数的实验运行背景下，通过氦冷却技术来带走高温等离子体辐射到 法拉第屏蔽上的高热流，确保法拉第屏蔽在整个装置中不被烧蚀，从而保证整个离子回旋 加热天线装置稳定运行。 为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为 —种法拉第屏蔽氦冷却管结构，包括有外管，其特征在于还包括有多瓣空心管道 结构的分流心轴，所述外管套在分流心轴外部，所述外管与分流心轴之间有金属粉末材料 制成的多孔介质层，所述多孔介质层与外管内壁、分流心轴外壁通过烧结紧密结合为一体； 所述分流心轴开有均匀环绕在分流心轴中心轴线周围的偶数个瓣状管道，所述瓣状管道与 所述分流心轴的中心轴线平行；在每瓣瓣状管道的管身上，沿径向方向开有多个与瓣状管 道连通的换气孔，所述换气孔的孔面紧贴所述多孔介质层。 所述的一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，其特征在于所述多孔介质层由铜粉烧结 而成，所述介质层厚度为3mm，介质孔隙率约为50%。 所述的一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，其特征在于所述分流心轴材料为316L不 锈钢。 所述的一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，其特征在于所述外管材料为①11Xl、 316L不锈钢管。 本专利技术的法拉第屏蔽氦冷却管是一种以氦气为换热工质的泵驱动单相多孔介质 层热交换结构，此种结构利用氦气与多孔介质层之间高换热系数的优点，并尽可能的縮短 氦气的冷却行程，对法拉第屏蔽进行均匀冷却，极大地提高了换热效率。 本专利技术结构由外管(316L不锈钢)、多孔介质层(铜粉烧结)及分流心轴(316L) 组成。多孔介质层与外管内壁及分流心轴外壁通过烧结紧密结合，降低各部分分界面的热 阻从而提高换热效率。 本专利技术的外管为①11Xl、材料为316L的不锈钢，它是热的主要承受载体。 本专利技术的多孔介质层为铜粉烧结而成，厚度为3皿，介质孔隙率约为50%，其目的增大换热面积和换热系数。 本专利技术的分流心轴结构材料为316L不锈钢，是一种多瓣空心管道结构。其作用一 是提高冷却管的整体强度；其二是使得氦气在流入端分流，在换热过程中在相对于流入端 不同的位置进入多孔介质层，在多孔介质层中通过一定距离后流出。分流心轴有偶数n个 氦气的瓣状通道，相对于流入端在分流心轴的每段瓣状管道上开换气孔。工作时，氦气在 瓣状管道的流入端流入，分流为n/2份，每一份氦气都经过分流心轴上相应的换气孔进入 多孔介质层进行换热，最后通过多孔介质层对应的下一段瓣状管道上的换气孔从另一端流 出。此分流心轴上有许多氦气换气孔，目的是通过减小换热工质的行程长度来提高法拉第 屏蔽的换热效率和均匀冷却法拉第屏蔽，从而增强氦气的冷却效果。 本专利技术的有益效果是利用氦气在核聚变装置运行环境中的相对安全稳定性和其 与多孔介质的高换热系数来提高法拉第屏蔽管的换热效率(根据经验公式及实验得出总 体换热系数可以高达106W/m2/K)。最终解决承受高热流密度的法拉第屏蔽管的换热问题， 本专利技术的技术还可运用于未来核聚变装置中其它内部部件的冷却以及类似表面承受高流 密度部件的冷却。 本专利技术的有益效果为利用氦气在核聚变装置运行环境中的相对安全稳定性和其 与多孔介质层的高换热系数来提高法拉第屏蔽的换热效率(根据经验公式及实验得出总 体换热系数可以高达106W/m2/K)。最终解决承受高热流密度的法拉第屏蔽的换热问题，本 专利技术的技术还可运用于未来核聚变装置中其它内部部件的冷却以及类似表面承受高流密 度部件的冷却。附图说明 图1为本专利技术结构示意图。 图2为本专利技术分流心轴管截面示意图。 图3为本专利技术分流心轴管身截面示意图。具体实施方式 —种法拉第屏蔽氦冷却管结构，包括有外管l，外管1材料为①11X1、316L不锈钢 管。还包括有多瓣空心管道结构的分流心轴3，分流心轴3材料为316L不锈钢。外管l套 在分流心轴3外部，外管1与分流心轴3之间有金属粉末材料制成的多孔介质层2，多孔介 质层2由铜粉烧结而成，介质层厚度为3mm，介质孔隙率约为50%。多孔介质层2与外管1 内壁、分流心轴3外壁通过烧结紧密结合为一体；分流心轴3开有均匀环绕在分流心轴中心 轴线周围的偶数个瓣状管道6，瓣状管道6与分流心轴3的中心轴线平行；在每瓣瓣状管道 的管身上，沿径向方向开有与瓣状管道连通的换气孔，每瓣瓣状管道的换气孔有多个，换气 孔的孔面紧贴多孔介质层2。4 如图1、图2、图3所示。分流心轴3的瓣状管道分成偶数瓣，形成n/2个换热通道。 多孔介质层2由铜粉在不锈钢的外管1及分流心轴2之间烧结而成。工作过程如图下工 作时氦气从瓣状管道一端流入，以其中一个瓣状管道为例，氦气流入后，从流入的瓣状管道 对应的换气孔4进入多孔介质层2，在多孔介质层2进行换热后，经由另一瓣状管道对应的 换气孔5流出完成换热过程。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，包括有外管，其特征在于：还包括有多瓣空心管道结构的分流心轴，所述外管套在分流心轴外部，所述外管与分流心轴之间有金属粉末材料制成的多孔介质层，所述多孔介质层与外管内壁、分流心轴外壁通过烧结紧密结合为一体；所述分流心轴开有均匀环绕在分流心轴中心轴线周围的偶数个瓣状管道，所述瓣状管道与所述分流心轴的中心轴线平行；在每瓣瓣状管道的管身上，沿径向方向开有多个与瓣状管道连通的换气孔，所述换气孔的孔面紧贴所述多孔介质层。

【技术特征摘要】
一种法拉第屏蔽氦冷却管结构，包括有外管，其特征在于还包括有多瓣空心管道结构的分流心轴，所述外管套在分流心轴外部，所述外管与分流心轴之间有金属粉末材料制成的多孔介质层，所述多孔介质层与外管内壁、分流心轴外壁通过烧结紧密结合为一体；所述分流心轴开有均匀环绕在分流心轴中心轴线周围的偶数个瓣状管道，所述瓣状管道与所述分流心轴的中心轴线平行；在每瓣瓣状管道的管身上，沿径向方向开有多个与瓣状管道连通的换...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成昊，宋云涛，李长春，杨庆喜，赵燕平，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]